ALFADEELTJES: ONTDEKKING, KENMERKEN, TOEPASSINGEN - FYSIEK - 2025

De alfadeeltjes (of α-deeltjes) zijn kernen van geïoniseerde heliumatomen en hebben daarom elektronen verloren. Heliumkernen bestaan ​​uit twee protonen en twee neutronen. Deze deeltjes hebben dus een positieve elektrische lading waarvan de waarde tweemaal de lading van het elektron is, en hun atomaire massa is 4 atomaire massa-eenheden.

Alfadeeltjes worden spontaan uitgestoten door bepaalde radioactieve stoffen. In het geval van de aarde is radongas de belangrijkste bekende natuurlijke bron van alfastraling. Radon is een radioactief gas dat aanwezig is in bodem, water, lucht en sommige rotsen.

Ontdekking

Het was in de jaren 1899 en 1900 dat natuurkundigen Ernest Rutherford (die aan de McGill University in Montreal, Canada werkte) en Paul Villard (die in Parijs werkte) drie soorten deponeringen onderscheiden, door Rutherford zelf genoemd als: alfa, bèta en gamma.

Het onderscheid werd gemaakt op basis van hun vermogen om objecten te penetreren en hun afbuiging door het effect van een magnetisch veld. Op grond van deze eigenschappen definieerde Rutherford alfa-stralen als met het laagste penetratievermogen in gewone objecten.

Rutherfords werk omvatte dus metingen van de verhouding van de massa van een alfadeeltje ten opzichte van zijn lading. Deze metingen brachten hem tot de hypothese dat de alfadeeltjes dubbel geladen heliumionen waren.

Ten slotte slaagden Ernest Rutherford en Thomas Royds er in 1907 in om aan te tonen dat de hypothese van Rutherford waar was, en daarmee aantoonde dat de alfadeeltjes dubbel geïoniseerde heliumionen waren.

kenmerken

Enkele van de belangrijkste kenmerken van alfadeeltjes zijn als volgt:

Atoom massa

4 atomaire massa-eenheden; dat wil zeggen 6,68 ∙ ^10-27 kg.

Laden

Positief, tweemaal de lading van het elektron, of wat hetzelfde is: 3,2 ∙ ^10-19 C.

Snelheid

In de orde van 1,5 · 10 ⁷ m / s en 3 · 10 ⁷ m / s.

Ionisatie

Ze hebben een hoog vermogen om gassen te ioniseren en ze om te zetten in geleidende gassen.

Kinetische energie

Zijn kinetische energie is erg hoog als gevolg van zijn grote massa en snelheid.

Penetratiecapaciteit

Ze hebben een laag penetratievermogen. In de atmosfeer verliezen ze snel snelheid bij interactie met verschillende moleculen als gevolg van hun grote massa en elektrische lading.

Alpha verval

Alfa-verval of alfa-verval is een type radioactief verval dat bestaat uit de emissie van een alfadeeltje.

Wanneer dit gebeurt, ziet de radioactieve kern zijn massagetal met vier eenheden verminderen en zijn atoomnummer met twee eenheden.

Over het algemeen is het proces als volgt:

^A _Z X → ^A-4 _Z-2 Y + ⁴ ₂ He

Alfa-verval treedt normaal op in de zwaardere nucliden. Theoretisch kan het alleen voorkomen in kernen die iets zwaarder zijn dan nikkel, waarbij de totale bindingsenergie per kern niet meer minimaal is.

De lichtste bekende alfa-emitterende kernen zijn de isotopen met de laagste massa van tellurium. Tellurium 106 ( ¹⁰⁶ Te) is dus de lichtste isotoop waarin alfa-verval in de natuur voorkomt. Bij uitzondering kan ⁸ Be echter worden opgesplitst in twee alfadeeltjes.

Omdat alfadeeltjes relatief zwaar en positief geladen zijn, is hun gemiddelde vrije pad erg kort, waardoor ze snel hun kinetische energie verliezen op korte afstand van de emitterende bron.

Alfa-verval van uraniumkernen

Een veel voorkomend geval van alfa-verval treedt op in uranium. Uranium is het zwaarste chemische element dat in de natuur wordt aangetroffen.

In zijn natuurlijke vorm komt uranium voor in drie isotopen: uranium-234 (0,01%), uranium-235 (0,71%) en uranium-238 (99,28%). Het alfa-vervalproces voor de meest voorkomende uraniumisotoop is als volgt:

²³⁸ ₉₂ U → ²³⁴ ₉₀ Th + ⁴ ₂ Hij

Helium

Al het helium dat momenteel op aarde bestaat, vindt zijn oorsprong in de alfa-vervalprocessen van verschillende radioactieve elementen.

Om deze reden wordt het meestal aangetroffen in minerale afzettingen die rijk zijn aan uranium of thorium. Evenzo wordt het ook geassocieerd met aardgaswinningsputten.

Toxiciteit en gezondheidsrisico's van alfadeeltjes

Over het algemeen vormt externe alfastraling geen gezondheidsrisico, aangezien alfadeeltjes maar afstanden van enkele centimeters kunnen afleggen.

Op deze manier worden alfadeeltjes geabsorbeerd door de gassen die aanwezig zijn in slechts enkele centimeters lucht of door de dunne buitenste laag van de dode huid van een persoon, waardoor ze geen enkel risico vormen voor de menselijke gezondheid.

Alfadeeltjes zijn echter zeer gevaarlijk voor de gezondheid als ze worden ingeslikt of ingeademd.

Dit komt omdat, hoewel ze weinig doordringend vermogen hebben, hun impact erg groot is, aangezien het de zwaarste atomaire deeltjes zijn die worden uitgestoten door een radioactieve bron.

Toepassingen

Alfadeeltjes hebben verschillende toepassingen. Enkele van de belangrijkste zijn de volgende:

- Kankerbehandeling.

- Eliminatie van statische elektriciteit in industriële toepassingen.

- Gebruik in rookmelders.

- Brandstofbron voor satellieten en ruimtevaartuigen.

- Stroombron voor pacemakers.

- Stroombron voor sensorstations op afstand.

- Stroombron voor seismische en oceanografische apparaten.

Zoals te zien is, worden alfadeeltjes veel gebruikt als energiebron voor verschillende toepassingen.

Bovendien is een van de belangrijkste toepassingen van alfadeeltjes tegenwoordig als projectielen in nucleair onderzoek.

Ten eerste worden alfadeeltjes geproduceerd door ionisatie (dat wil zeggen, elektronen scheiden van heliumatomen). Later worden deze alfadeeltjes versneld tot hoge energieën.

Referenties

1. Alfadeeltje (zd). Op Wikipedia. Opgehaald op 17 april 2018, via en.wikipedia.org.
2. Alfa-verval (zd). Op Wikipedia. Opgehaald op 17 april 2018, via en.wikipedia.org.
3. Eisberg, Robert Resnick, Robert (1994). Kwantumfysica: atomen, moleculen, vaste stoffen, kernen en deeltjes. Mexico DF: Limusa.
4. Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics (4e ed.). WH Freeman.
5. Krane, Kenneth S. (1988). Inleidende kernfysica. John Wiley & Sons.
6. Eisberg, Robert Resnick, Robert (1994). Kwantumfysica: atomen, moleculen, vaste stoffen, kernen en deeltjes. Mexico DF: Limusa.